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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34331| Título: | Produção de material cerâmico incorporado com resíduo de TiO2: estudo das propriedades estruturais, fotocatalíticas e toxicidade |
| Título(s) alternativo(s): | Production of ceramic material incorporated with TiO2 residue: study of structural, photocatalytic properties, and toxicity |
| Autor(es): | Almeida, Stephanie Lya de Lima Castro de |
| Orientador(es): | Lied, Eduardo Borges |
| Palavras-chave: | Resíduos como material de construção Fotocatálise Cerâmica vermelha Dióxido de titânio Construção sustentável Resíduos industriais - Lixiviação Waste products as building materials Photocatalysis Red pottery Titanium dioxide Sustainable construction Factory and trade waste - Leaching |
| Data do documento: | 1-Set-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | ALMEIDA, Stephanie Lya de Lima Castro de. Produção de material cerâmico incorporado com resíduo de TiO2: estudo das propriedades estruturais, fotocatalíticas e toxicidade. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. |
| Resumo: | O aproveitamento de resíduos gerados nas diferentes cadeias de produção de bens e serviços por meio do desenvolvimento de novos materiais para construção civil tem se mostrado um caminho promissor para atender às questões ambientais. Podem ser desenvolvidos novos produtos que satisfaçam os requisitos de desempenho e durabilidade esperados com a inclusão desses resíduos além de promover novas caracteríscias como capacidade de degradar sujidades. O principal ponto de partida para desenvolvimento de projetos que buscam o uso seguro desses resíduos envolve um estudo em torno de suas características. O resíduo gerado durante a produção de dióxido de titânio (TiO2), comumente chamado Minério Não Reagido (MNR), apresenta possíveis rotas de utilização na cadeia de produção de materiais cerâmicos, evitando o seu descarte em aterros industriais. O objetivo deste trabalho foi investigar o efeito da adição do MNR sobre as propriedades de blocos cerâmicos. As propriedades físico-mecânicas e fotocatalíticas dos blocos cerâmicos obtidos da mistura entre argila e MNR foram avaliadas após a adição de 5%, 10%, 15% e 20% de MNR, em relação à massa de argila. Os blocos cerâmicos produzidos foram avaliados em suas propriedades mecânicas (retração linear, massa específica aparente e resistência à compressão), morfológicas (microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia por dispersão de energia de raios X 3 MEV-EDS), granulométricas (granulometria à laser), mineralógicas (Difração de Raios X 3 DRX) e químicas (Espectroscopia no infravermelho com reflexão total atenuada 3 ATR-FTIR). Os resultados obtidos indicaram que o MNR não comprometeu negativamente as propriedades mecânicas estudadas. Os resultados de DRX revelaram não ocorrer mudanças cristalinas do TiO2 oriundos do processo de queima dos blocos provenientes da mistura entre argila e MNR. A adição do MNR afetou significativamente as propriedades fotocatalíticas (incremento de 9% da degradação do corante resazurina). Os valores de parâmetros texturais dos blocos cerâmicos diminuíram com a incorporação de MNR, devido ao empacotamento mais eficiente das partículas. A área superficial reduziu de 16,6 para 9,1 m2/g, e o volume de poros diminuiu de 0,045 e 0,025 cm3/g para as amostras de 0% MNR a 20% MNR, respectivamente. A diminuição dos valores de parâmetros texturais favoreceu o aumento da resistência à compressão, resultando no incremento de 6,5 MPa no intervalo de valores testado. A adição de MNR não afetou significativamente as propriedades físicas de massa específica aparente e de retração linear. Os resultados sugeriram que a adição de MNR provocou aumento das concentrações de Al nas amostras de lixiviado, de 647,64 para 5.128,92 ppb para as amostras de 0% MNR a 20% MNR, respectivamente. A presença de lixiviado e solubilizado gerados a partir do MNR teve efeito negativo na germinação de sementes de Lactuca sativa. A partir dos resultados obtidos, pode-se concluir que a adição de MNR, com exceção da toxicidade verificada do lixiviado/solubilizado produzido, não prejudica nenhuma propriedade fundamental dos materiais cerâmicos produzidos e pode ser incorporada em até 20% ao processo, substituindo matérias-primas tradicionais. |
| Abstract: | The utilization of waste generated in various production chains of goods and services through the development of new materials for construction has proven to be a promising approach to addressing environmental concerns. By incorporating these residues, new products can be developed that meet the expected performance and durability requirements. The primary starting point for projects aiming to utilize these residues safely involves a study of their characteristics. The waste generated during the production of titanium dioxide (TiO2), commonly referred to as Unreacted Ore (URO), presents potential routes for use in the ceramic materials production chain, thus avoiding disposal in industrial landfills. This work aimed to investigate the effect of adding URO on the properties of ceramic blocks. The physical-mechanical and photocatalytic properties of ceramic blocks obtained from the mixture of clay and URO were evaluated after adding 5%, 10%, 15%, and 20% of URO relative to the clay mass. The produced ceramic blocks were assessed for their mechanical properties (linear shrinkage, apparent density, and compressive strength), morphological properties (scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy – SEMEDS), particle size properties (laser granulometry), mineralogical properties (X-ray diffraction – XRD), and chemical properties (Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy – ATR-FTIR). The results indicated that URO did not adversely affect the studied mechanical properties. XRD results revealed no crystalline changes of TiO2 derived from the firing process of blocks from the clay and URO mixture. The addition of URO significantly affected photocatalytic properties (9% increase in resazurin dye degradation). The textural parameter values of the ceramic blocks decreased with URO incorporation, attributed to more efficient particle packing. The surface area decreased from 16.6 to 9.1 m2/g, and pore volume decreased from 0.045 to 0.025 cm3/g for 0% URO to 20% URO samples, respectively. The reduction in textural parameter values favored increased compressive strength, resulting in a 6.5 MPa increase within the tested range. The addition of URO did not significantly affect the physical properties of apparent density and linear shrinkage. The results suggested that adding URO increased Al concentrations in the leachate samples, from 647.64 to 5,128.92 ppb for 0% URO to 20% URO samples, respectively. The presence of leachate and solubilized substances generated from URO had a negative impact on the germination of Lactuca sativa seeds. Based on the obtained results, it can be concluded that the addition of URO, except for the observed toxicity of the produced leachate/solubilized material, does not compromise any fundamental properties of the produced ceramic materials and can be incorporated up to 20% in the process, substituting traditional raw materials. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34331 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil |
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